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  • 微程序控制的基本概念 微操作还是以加法指令为例子,加法指令有4步(取指令、计算地址、取数、加法运算),4步就是一个微操作 微指令多个微操作就是一个微指令,比如取指令和计算地址他俩假设可以合并成一个东西,...

    计算机组成真的好难,考试要考,看一看视频,做个简单总结,以备不时之需。看的是mooc刘宏伟老师的课课程链接

    指令:CPU能够识别执行的就是指令
    指令格式应该既能给出足够的信息,其长度又尽可能的与机器字长匹配,以便节省存储空间,缩短取指时间,提高机器的性能

    操作码:不仅告诉机器做什么,还告诉机器对哪些数据进行操作,操作码的长度是可以是固定的也可以变化的,固定是为了更好的译码,不固定我猜是为了扩大寻址范围,且听我慢慢道来

    操作码

    有几个A就是第N地址
    如果是固定长度的话,4位操作码,三地址指令,可以保存2^4也就是16个三地址指令,但是要-1是15个三地址指令,最后一位要保留一下因为后面也要保存二地址指令,1111这个就保留下来给二地址指令了。
    在这里插入图片描述
    二地址指令,8位操作码了,可以看到1111作为保存地址,1111是开头,后面还是2^4个二地址指令,一地址指令和零地址依次类推
    在这里插入图片描述
    注:为什么要保留一个指令,我直接使用不行嘛?我个人认为是因为A1或A2或A3是地址码里面本身也保存着01二进制,如果不用一个特殊的作为开头,译码器也不知道这是一个三地址指令还是一个二地址指令。

    三地址再多保留一位,二地址指令就能多2^4个了
    在这里插入图片描述

    地址码

    这是四地址,实际上取下一条指令是用PC来取的,每一个地址码决定了寻址的范围、访存的次数。
    在这里插入图片描述
    减少一个操作数地址,寻址范围就增大,下图是让PC来取下一条指令,可以看到寻址范围明显变大了

    在这里插入图片描述
    又减少一个地址码,寻址范围再次增大,一开始相当于int a3 = a1 + a2;现在是a1 += a2;
    在这里插入图片描述
    在寄存器中选一个数做操作,又可以减少一个指令,增大寻址的范围
    在这里插入图片描述

    指令的字长取决于

    • 操作码的长度
    • 地址码的个数
    • 地址码的长度

    最后的总结
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    操作数

    操作数又是个啥东西?

    操作数可以是

    • 地址,无符号数(绝对地址),有符号数(相对地址)
    • 数字
    • 字符
    • 逻辑数

    完成一条指令的4个周期

    • 取指周期
    • 间址周期
    • 执行周期
    • 中断周期
      并不是每条指令都有这个周期,比如非访存的指令或者不是间址寻址的方式,或者没有中断信号,可能只有2个周期。

    举个例子说下执行周期,是访存指令,add操作

    在这里插入图片描述

    IR(指令寄存器)告诉MAR(地址寄存器)X的内存地址,CU(控制单元)发出R(读操作),就去内存中读这个,读到里面的操作数就返回给MDR(数据寄存器),ACC(累加寄存器)加上这个数再给ACC,相当于 acc += x;

    微程序控制的基本概念

    微操作还是以加法指令为例子,加法指令有4步(取指令、计算地址、取数、加法运算),这4步就是4个微操作,一步就是一个微操作

    微指令多个微操作就是一个微指令,比如取指令和计算地址他俩假设可以合并成一个东西,我们称这个东西为微指令。相当于部分微操作的集合

    微程序多个微指令集合构成的东西,我们称之为微程序

    控制存储器微程序存放在专用的存储器中(一般是ROM中),主要存放控制命令与下一条执行微指令地址。

    注意尽管ROM还是叫只读存储器,但是现在不只可读还可写呢,以前的ROM是叫只可读存储器,随着技术的发展,出现了PROM(可编程只读存储器),EPROM(可擦可编程只读存储器),等等…

    中断

    中断是由I/O设备或其他非预期的急需处理的事件引起的,它使CPU暂时中断现在正在执行的程序,而转至另一服务程序去处理这些事件。

    中断源引起中断的事件,即发出的中断请求的来源,称为中断源

    中断优先权多个中断,根据中断优先级来判断先响应那个。

    禁止中断产生中断源后,由于某种条件的存在,CPU不能中止现行程序的执行,称为禁止中断。我的理解:比如在执行一条指令的时候,这条指令必须执行完才能再去执行下一条指令或者响应中断,这个时候就要禁止中断了。

    中断屏蔽
    产生中断请求后,用程序方式有选择的封锁部分中断,而允许其余部分中断仍得到响应,称为中断屏蔽

    中断有优先级,中断的优先级(响应优先级)不可能改变,那如何保证优先级呢?通过处理优先级的方法来改变谁先执行,这不就相当于了屏蔽了一些中断请求嘛。

    中断向量
    产生了中断,要去执行产生中断源的指令,咋执行啊?要有一个入口地址吧,这个地址称为中断服务程序入口地址啊。怎么找这个入口地址呀?根据中断向量地址找到中断服务程序的入口地址

    多重中断
    有A B C D优先级,假设A最高D最低,优先级从左到右依次递减,D来了执行D中断,这时候A也来了,D中断中断,执行A

    关中断
    硬件自动实现的。因为要保护断点和现场,在保护现场中,即使有更高级的中断源申请中断,CPU也不应该响应的。不然断点和现场保存不恢复,执行完中断以后,中断之前的那个程序还咋跑啊,所以关中断是有必要的。

    开中断
    关完了中断,保存完断点和现场之后当然要去打开了去执行中断服务程序啦,按照中断优先级来进行服务

    断点
    再处理完中断服务程序之后要正确的返回中断点,要把当前的PC(已经保存的是运行程序的下一条指令了)中的内容(断点)保存起来

    现场
    要保存寄存器的内容、程序状态字、中断屏蔽寄存器

    中断流程图,如图所示
    在这里插入图片描述

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  • 中断概念和作用

    2021-08-02 15:02:17
    中断可以使CPU从用户态切换为核心态,使操作系统获得计算机的控制权。有了中断,才能实现多道程序并发执行。 用户态到核心态,是通过中断实现的,并且中断是唯一途径 核心态到用户态,通过执行一个特权指令,将程序...
    1. 当中断发生时,CPU立即进入核心态
    2. 当中断发生后,当前运行的进程暂停运行,并由操作系统内核对中断进行处理
    3. 对于不同的中断信号,会进行不同的处理

    发生了中断,就意味着需要操作系统介入,开展管理工作。由于操作系统的管理工作(比如进程切换、分配IO设备等)需要使用特权指令,因此CPU要从用户态转为核心态。中断可以使CPU从用户态切换为核心态,使操作系统获得计算机的控制权。有了中断,才能实现多道程序并发执行。

    用户态到核心态,是通过中断实现的,并且中断是唯一途径
    核心态到用户态,通过执行一个特权指令,将程序状态字(PSW)的标志位设置为用户态

    外中断的处理过程
    Step1:执行完每个指令,CPU都要检查当前是否有外部中断信号
    Step2:如果检测到外部中断信号,需要保护被中断进程的CPU环境(如程序状态字PSW、程序计数器PC、各种通用寄存器)
    Step3:根据中断信号类型转入相应的中断处理程序
    Step4:恢复原进程的CPU环境并退出中断,返回原进程继续往下执行

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  • ​ 在学习操作系统中,经常性的会看到中断这个概念,最典型的就是汇编代码中的int命令。 ​ 用一个比较通俗的概念来说,就是计算机会连接许多外接设备,包括磁盘、显示器、键盘鼠标等等,而如何处理这些输入呢?对于...

    什么是中断?

    ​ 在学习操作系统中,经常性的会看到中断这个概念,最典型的就是汇编代码中的int命令。

    ​ 用一个比较通俗的概念来说,就是计算机会连接许多外接设备,包括磁盘、显示器、键盘鼠标等等,而如何处理这些输入呢?对于一个处理器来讲,程序运行的过程是一个不断取指执行的过程。如何响应设备也就是常说的I/O输入呢?一种简单的办法就是当我们有数据输入时,想处理器提出请求,处理器过来处理我们的输入,在回去执行原来的程序代码,这样的一个过程就叫做中断(Interrupt)。

    ​ 如果同时有多个设备提出请求,那么CPU应该怎么样去处理呢?我们需要对这些中断有一个优先级的概念。这里就需要提到可编程中断控制器(PIC-Programmable Interrupt Controller),会对所有的中断进行判断并且选出最高优先级进行处理。这里值得注意的是中断不仅仅可以由硬件发出,同样也可以由软件发出,最典型的就是从磁盘中读取数据。对于软件以及硬件中断的不同以及CPU的处理过程如下图:

    异常:又称为同步中断,是当指令执行时CPU控制单元产生的,之所以称为同步,是因为只有在一条指令终止执行后CPU才会发出中断。在不失进程执行连续性的同时,按引起的异常的指令是否能重新执行,且依据它们被报告的方式,异常分为错误陷阱,和终止三种情况。

    错误:错误是一种通常可以能够被修正的异常,一旦修正,程序能够不失去连续性地接着执行。当报告错误发生时,处理器将机器状态恢复到执行错误之前的状态。错误处理例程的返回地址指向产生错误的指令,而不是错误指令之后的的那条指令。如页错误。

    陷阱:当引起陷阱的指令发生时,马上产生该异常。陷阱允许程序不失去连续性的继续执行。陷阱处理例程的返回地址指向引起陷阱的指令的下一条指令(与错误本质上的区别)。如溢出。

    终止:它并不总是报告产生异常的指令的确定位置,也不允许引起终止的进程或任务重新执行。如总线错误导致异常终止。

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    典型的非屏蔽中断源的例子是电源掉电,一旦出现,必须立即无条件地响应,否则进行其他任何工作都是没有意义的。

    典型的可屏蔽中断源的例子是打印机中断,CPU对打印机中断请求的响应可以快一些,也可以慢一些,因为让打印机等待儿是完全可以的。

    用户如果需要操作系统资源,则必须使用中断

    用户程序和内核之间的交互主要是通过系统调用实现的,而内核和外部设备之间主要是通过硬中断

    用户态、内核态以及其他内容我将会在其他的文章中做记录

    什么是IDT(中断向量表)

    中断描述符表IDT是一个系统表,它与每一个中断或异常向量相联系,每一个向量在表中有相应的中断或异常处理程序的入口地址。内核在允许中断发生前,必须适当的初始化IDT

    (1)16-31共16位是中断处理程序所在的段选择符。

    (2)0-15位和48-64位组合起来形成32位偏移量,也就是中断处理程序所在段(由16-31位给出)的段内偏移。

    (3)40-43位共4位表示描述符的类型。(0111:中断描述符,1010:任务门描述符,1111:陷阱门描述符)

    (4)45-46两位标识描述符的访问特权级(DPL,Descriptor Privilege Level)。

    (5)47位标识段是否在内存中。如果为1则表示段当前不再内存中。

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    中断产生之后发生了什么?(以键盘为例)

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    1. 引起一个中断
    2. 通过APIC判断中断优先级,同时向CPU发送int信号
    3. CPU中断后去查中断向量表,找到对应处理中断的程序,程序调用对应的设备驱动与外部设备之间通信

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    一个设备的中断处理程序是它设备驱动程序的一部分。中断处理程序与其他内核的真正区别在于:中断处理程序是被内核调用来响应中断的,而它们运行于我们称之为中断上下文的特殊上下文中。

    Linux内核中断系统处理机制-详细分析
    Linux中断和系统调用的解析
    Linux内核完全注释

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  • 实时控制、故障自动处理、计算机与外围设备间的数据传送往往采用中断系统中断系统的应用大大提高了计算机效率。中文名中断外文名Interrupt Request分类中断装置和中断处理程序相关概念程序状态字和向量中断等系统...

    本词条缺少概述图,补充相关内容使词条更完整,还能快速升级,赶紧来编辑吧!

    中断装置和中断处理程序统称为中断系统。

    中断系统是计算机的重要组成部分。实时控制、故障自动处理、计算机与外围设备间的数据传送往往采用中断系统。中断系统的应用大大提高了计算机效率。

    中文名

    中断

    外文名

    Interrupt Request分    类

    中断装置和中断处理程序

    相关概念

    程序状态字和向量中断等

    系统功能

    实现中断响应和中断返回等

    中断定义

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    不同的计算机其硬件结构和软件指令是不完全相同的,因此,中断系统也是不相同的。计算机的中断系统能够加强CPU对多任务事件的处理能力。中断机制是现代计算机系统中的基础设施之一,它在系统中起着通信网络作用,以协调系统对各种外部事件的响应和处理。中断是实现多道程序设计的必要条件。 中断是CPU对系统发生的某个事件作出的一种反应。 引起中断的事件称为中断源。中断源向CPU提出处理的请求称为中断请求。发生中断时被打断程序的暂停点称为断点。CPU暂停现行程序而转为响应中断请求的过程称为中断响应。处理中断源的程序称为中断处理程序。CPU执行有关的中断处理程序称为中断处理。而返回断点的过程称为中断返回。中断的实现实行软件和硬件综合完成,硬件部分叫做硬件装置,软件部分称为软件处理程序。

    中断响应处理

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    语音

    大多数中断系统都具有如下几方面的操作,这些操作是按照中断的执行先后次序排列的。①接收中断请求。②查看本级中断屏蔽位,若该位为1则本级中断源参加优先权排队。③中断优先权选择。④处理机执行完一条指令后或者这条指令已无法执行完,则立即中止现行程序。接着,中断部件根据中断级去指定相应的主存单元,并把被中断的指令地址和处理机当前的主要状态信息存放在此单元中。⑤中断部件根据中断级又指定另外的主存单元,从这些单元中取出处理机新的状态信息和该级中断控制程序的起始地址。⑥执行中断控制程序和相应的中断服务程序。⑦执行完中断服务程序后,利用专用指令使处理机返回被中断的程序或转向其他程序。

    中断相关概念

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    语音

    程序状态字和向量中断

    这是两个与中断响应和处理有密切关系的概念。

    ① 程序状态字:每个程序均有自己的程序状态字。现行程序的程序状态字放在处理机的程序状态字寄存器中。程序状态字中最主要的内容有指令地址、条件码、地址保护键,中断屏蔽和中断响应时的中断源记录等。中断响应和处理操作的第④步和第⑤步就是交换程序状态字操作。

    ② 向量中断:对应每一级中断都有一个向量,这些向量顺序存放在主存的指定单元中。向量的内容是:相应的中断服务程序起始地址和处理机状态字(主要是指令地址)。在中断响应时,由中断部件提供中断向量的地址,就可取出该向量。中断响应和处理操作的第⑤步就是取中断向量操作。在采用向量中断的机器中一般不再使用程序状态字。

    中断系统功能

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    1)实现中断响应和中断返回

    当CPU收到中断请求后,能根据具体情况决定是否响应中断,如果CPU没有更急、更重要的工作,则在执行完当前指令后响应这一中断请求。CPU中断响应过程如下:首先,将断点处的PC值(即下一条应执行指令的地址)推入堆栈保留下来,这称为保护断点,由硬件自动执行。然后,将有关的寄存器内容和标志位状态推入堆栈保留下来,这称为保护现场,由用户自己编程完成。保护断点和现场后即可执行中断服务程序,执行完毕,CPU由中断服务程序返回主程序,中断返回过程如下:首先恢复原保留寄存器的内容和标志位的状态,这称为恢复现场,由用户编程完成。然后,再加返回指令RETI,RETI指令的功能是恢复PC值,使CPU返回断点,这称为恢复断点。恢复现场和断点后,CPU将继续执行原主程序,中断响应过程到此为止。

    2)实现优先权排队

    通常,系统中有多个中断源,当有多个中断源同时发出中断请求时,要求计算机能确定哪个中断更紧迫,以便首先响应。为此,计算机给每个中断源规定了优先级别,称为优先权。这样,当多个中断源同时发出中断请求时,优先权高的中断能先被响应,只有优先权高的中断处理结束后才能响应优先权低的中断。计算机按中断源优先权高低逐次响应的过程称优先权排队,这个过程可通过硬件电路来实现,亦可通过软件查询来实现。

    3)实现中断嵌套

    当CPU响应某一中断时,若有优先权高的中断源发出中断请求,则CPU能中断正在进行的中断服务程序,并保留这个程序的断点(类似于子程序嵌套),响应高级中断,高级中断处理结束以后,再继续进行被中断的中断服务程序,这个过程称为中断嵌套。如果发出新的中断请求的中断源的优先权级别与正在处理的中断源同级或更低时,CPU不会响应这个中断请求,直至正在处理的中断服务程序执行完以后才能去处理新的中断请求。

    中断源分类

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    语音

    中断源是指能够引起中断的原因。

    一台处理机可能有很多中断源,但按其性质和处理方法,大致可分为如下五类。

    ① 机器故障中断。

    ② 程序性中断。现行程序本身的异常事件引起的,可分为以下三种:一是程序性错误,例如指令或操作数的地址边界错,非法操作码和除数为零等;二是产生特殊的运算结果,例如定点溢出;三是程序出现某些预先确定要跟踪的事件,跟踪操作主要用于程序调试。有些机器把程序性中断称为“异常”,不称为中断。

    ③ 输入-输出设备中断。

    ④ 外中断。来自控制台中断开关、计时器、时钟或其他设备,这类中断的处理较简单,实时性强。

    ⑤ 调用管理程序。用户程序利用专用指令“调用管理程序”发中断请求,是用户程序和操作系统之间的联系桥梁。

    在51单片机中有5个中断源

    中断号 优先级 中断源 中断入口地址

    0 1(最高) 外部中断0 0003H

    1 2 定时器0 000BH

    2 3 外部中断1 0013H

    3 4 定时器1 001BH

    4 5 串口中断 0023H

    中断优先权

    编辑

    语音

    几个中断请求可能同时出现,但中断系统只能按一定的次序来响应和处理。可最先被响应的中断具有最高优先权,按优先级别顺序进行处理。优先权高低是由中断部件的中断排队线路确定的。

    中断中断级

    当机器设置很多中断源时,为了简化设计,对中断源分组管理。具有相同中断优先权的中断源构成一个中断级。同一级中断使用同一个中断控制程序起点。

    中断中断屏蔽

    对应于各中断级设置相应的屏蔽位。只有屏蔽位为1时,该中断级才能参加中断优先权排队。中断屏蔽位可由专用指令建立,因而可以灵活地调整中断优先权。有些机器针对某些中断源也设置屏蔽位,只有屏蔽位为1时,相应的中断源才起作用。

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  • 而引入中断机制之后,如果发生了中断,CPU将从用户态转变为核心态,CPU的使用权也将交给操作系统内核,由内核程序去处理中断中断处理完成之后,CPU的使用权返回给用户程序(不一定是之前执行的程序),所以说,中断...
  • 本文主要介绍什么是中断、中断的基本概念、中断的处理过程、中断系统的结构和中断系统控制寄存器
  • 计算机中断概念.ppt

    2021-07-27 07:27:04
    第2章PC机接口芯片 本章概要接口电路通常有专用芯片可选 本章介绍4款常用的PC机接口芯片 8259 中断管理接口芯片8253 定时器 计数器接口芯片8237 DMA控制芯片8255 并行I O接口芯片上述接口芯片最早用于PC XT中 后来...
  • 文章目录第八章 中断系统8.1 中断的基本概念8.1.1 中断概念的引入及描述中断方式示意(以输入中断为例)**中断**的定义8.1.2 中断源及中断分类中断的分类8.1.3 中断类型码中断类型码中断向量中断向量表中断向量表的...
  • 中断的相关概念

    2021-03-19 09:40:29
    DOS系统功能调用
  • 中断系统

    2021-01-14 19:23:10
    概念 中断源:指引起CPU中断的事件,即中断请求信号的来源。51单片机有5个中断源,分别是外部中断0,定时/计数器T0中断,外部中断1,定时/计数器T1中断,串行口中断,对应地址如下表: 中断中断矢量地址 ...
  • 第6章 中断与DMA第2节 中断及中断系统第二节 中断及中断系统2.1 中断的概念1、 中断与中断系统"中断(Interrupt)"是一种操作,它使CPU中止正在执行的程序,而转入称为"中断处理程序(Interrupt Handler)"(或称中断...
  • 51单片机中断系统

    2021-10-04 12:51:24
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  • 首先解释一些容易混淆的概念中断上下文:正在执行ISR或者下半部。没有进程背景(只是暂停CPU去内存中其他地方执行一段快速代码),所以不能被切换(比如睡眠,被其他进程抢占等都不行)。进程上下文:非中断上下文...
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  • 158 Linux中断基础概念

    2021-11-04 22:26:30
    文章目录一、回顾二、设备树中GIC中断控制器节点三、外设中断控制器节点三、其他设备使用中断节点1、中断类型四、常用函数1、request_irq()函数(1)irq_handler_tirqreturn_t(2)flags2、free_irq()函数3、enable_...
  • 中断系统的原理

    2021-01-16 11:23:47
    一.中断的概念 1.cup在处理某一件事情A时,发生了另外的一件事B请求CPU迅速去处理(中断发生) 2.cpu暂停中断当前的工作,转去处理事件B ...51单片机中的中断系统结构: 5个中断 (1.)通过配置中断标志IEO或者是I
  • 单片机中断系统

    2021-08-29 10:55:31
    前言:中断系统是单片机非常重要的组成部分,是为了使单片机能够对外部或者内部随机发生的事件实时处理而设置的。 一:单片机的概念 一个高速主机和一个低俗外设连接时,效率极低,低俗外设工作时无端大量占用CPU...
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  • 在一个计算机系统当中,CPU执行的程序类型包括两种:应用程序(用户自编程序)和内核程序。但是要注意到,这两种程序同时有主从关系,主要体现在前者对后者的管理上。而主要的原因是内核程序能够执行某些特权指令而...
  • F28335中断系统

    2021-04-09 19:34:14
    1.1 中断概念 中断:是当CPU执行原来程序时,由于发生某种随机的事件(内部或外部),引起CPU暂时中断正在运行程序,转去执行一段特殊的服务程序(中断服务子程序或者中断处理程序),当执行完特殊的服务程序,CPU则返回...

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